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Promotionsprüfung von Dr.-Ing. Matthias Rüngeler
Dr.-Ing. Matthias Rüngeler hat seine Promotion mit einer mündlichen Prüfung erfolgreich abgeschlossen.
Der Titel seiner Arbeit lautet:
"Hybrid Digital-Analog Transmission Systems: Design and Evaluation".
Inhaltlich hat sich Herr Dr. Rüngeler mit folgender Thematik auseinandergesetzt:
Innerhalb der letzten 25 Jahre sind die meisten Kommunikationssysteme auf digitale Übertragungstechnik umgestellt worden, obwohl die zugrundeliegenden Inhalte oft analog sind. Dies ist mit den prinzipiellen Vorteilen digitaler Übertragungssysteme zu begründen, wie z.B. die Datenkompression mittels Quellcodierung oder die Möglichkeit der Kanalcodierung zum Fehlerschutz. Bei Wahl eines geeigneten Modulationsverfahrens kann so ein robustes Übertragungsverhalten selbst über gestörte Kanäle erzielt werden. Dabei sind digitale Systeme üblicherweise für die schlechteste Kanalqualität ausgelegt, über die es noch zu übertragen gilt. Im normalen Betrieb ist die Kanalqualität zwar meist besser, durch das unvermeidliche Quantisierungsrauschen im Quellcodierer ist die Übertragungsqualität jedoch prinzipiell begrenzt.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf Systemen, die
- nicht nur rein digitale Übertragungsmethoden nutzen,
- von besseren Kanalqualitäten profitieren können und
- den Sättigungseffekt der Übertragungsqualität durch zeitdiskrete und wertkontinuierliche Übertragungstechniken umgehen.
Im ersten Teil werden analoge, d.h. zeitdiskrete und wertkontinuierliche Übertragungssysteme, mit linearen und nichtlinearen Komponenten betrachtet. Theoretische Grenzen dieser Systeme werden vorgestellt und eine neue Rate-Distortion Upper Bound eingeführt, die semi-analytisch berechnet werden kann. Anschließend erfolgt eine analytische Herleitung zur Leistungsfähigkeit linearer Übertragungssysteme, wobei nichtlineare Systeme, einschließlich der berühmten Archimedes-Spirale mittels Simulationen untersucht werden. Darüber hinaus steht die Einführung einer neuen Klasse von nichtlinearen analogen Codiersystemen, die Analog Modulo Block Codes (AMBCs) im Vordergrund. Hier ist eine wichtige Beobachtung, dass nichtlineare analoge Systeme in einen diskreten und einen wertkontinuierlichen Teil zerlegt werden können. Die betrachteten Systeme weisen zwar einen nennenswerten Abstand zu den theoretischen Leistungsgrenzen auf, aber sie umgehen alle den Sättigungseffekt dank der wertkontinuierlichen Komponente.
Im Hauptteil der Arbeit werden diese Erkenntnisse in ein Entwurfsprinzip umgesetzt. Hybrid Digital-Analoge (HDA) Übertragungssysteme bestehen aus separaten digitalen und analogen Teilen, wobei beide unabhängig voneinander konstruiert werden können. Durch die Fusion digitaler und analoger Übertragungssysteme entstehen Konzepte, die die Vorteile beider Welten vereinen, d.h. eine kapazitätserreichende Übertragungsqualität im Digitalteil mit einer großen Diversität an etablierten Übertragungstechniken und zusätzlich, dank des Analogteils, die Vermeidung des Sättigungseffekts. Die Leistungsfähigkeit von HDA-Systemen wird sowohl theoretisch als auch durch Simulationen evaluiert. Diese Hybrid Digital-Analogen Übertragungssysteme sind leistungsfähiger als rein digitale oder rein analoge Konzepte und stellen somit eine neue, attraktive Übertragungstechnik für Drahtlossysteme, wie Mikrophone, Lautsprecher oder verteilte Sensoren dar.
